CINRAD-SA双偏振雷达资料在降水估测中的应用初探

对基于水平反射率ZH和差分传播相移率K_(DP)的降水估测综合法R(C)进行了改进,并对广州S波段双偏振雷达2016年2次飑线和2次台风降水过程的Φ_(DP)使用小波分析进行滤波处理,在此基础上使用变距最小二乘法拟合得到K_(DP)的值。分别使用R(C)和R(Z_H)法对2次飑线和2次台风降水过程进行降水估算,将估算结果和雨量计小时雨量进行了对比,并将两种方法的评估结果进行了对比。结果表明:(1)对于飑线类型降水,R(C)法对5 mm·h~(-1)以上的降水估测精度要好于R(Z_H)法,且降水率越大,R(C)法优势越明显,当降水率≥20 mm·h~(-1)时,两次过程R(C)法比R(Z_H)法的平均相对误差(RE)降低了17. 2%,平均绝对误差(AE)减少了1.89 mm,平均均方根误差(RMSE)减少了1.66 mm;(2)对于台风类型降水,R(C)法对5 mm·h~(-1)以上的降水估测精度也好于R(Z_H)法,当降水率≥20 mm·h~(-1)时,两次过程R(C)法比R(Z_H)法的平均RE降低了33. 19%,平均AE减少了3. 95 mm,平均RMSE减少了4.05 mm;(3)对于飑线和台风两种类型降水R(C)法都明显改善了降水率较大时的R(Z_H)法低估问题,但R(C)法在降水率10 mm·h~(-1)时也存在低估,可能是由雨滴谱资料观测误差导致拟合的系数偏小或雷达硬件造成的观测偏差等造成的。     

高分辨率模式雷达回波预报能力分析

利用2018年7—8月GRAPES_3 km、东北短临(WRFRUC)高分辨率模式综合雷达回波预报数据和辽宁省SWAN雷达组合反射率(MCR)实况,基于邻域法FSS评分指数,分析模式在台风北上和副热带高压边缘暴雨过程中的雷达回波预报能力。结果表明:两家模式在不同降水过程中对小阈值雷达回波有较好的预报技巧,随着回波量级增大,模式预报FSS逐渐减小,雷达回波55 dBz时,FSS甚至为0。当邻域半径是3时,35 dBz以下的回波预报中GRAPES模式在台风北上暴雨中的预报技巧低于副热带高压边缘,35 dBz则相反。WRFRUC模式始终表现为台风北上暴雨中预报较好。当邻域半径9时,WRFRUC模式在台风暴雨中的FSS评分高于GRAPES模式,GRAPES模式在副热带高压暴雨中的FSS评分始终高于WRFRUC模式。GRAPES和WRFRUC模式的最大FSS评分技巧均出现在邻域半径是11时,分别为0.239和0.195。GRAPES模式中FSS评分在12 h逐小时预报中前3个时次较强,WRFRUC模式则表现为中间时次强,两头弱。     

1822号“山竹”台风龙卷过程观测与预警分析

2018年9月17日09:37—10:00,在登陆台风“山竹”外围螺旋雨带中,广东省佛山市三水区到肇庆市四会区发生了EF2级强龙卷,龙卷路径长度18 km,持续时间23 min,平均时速47 km/h,导致不少建筑物损毁。本次过程佛山市进行了龙卷预警试验,提前37 min发布了龙卷预警,龙卷没有造成人员伤亡。利用观测资料对产生强龙卷的环境场特征、地面自动站和雷达观测的中小尺度特征以及龙卷预警试验进行了分析,结果表明:产生龙卷的微型超级单体出现在台风外围和副高边缘之间的强东南急流中,具有低层辐合、高层辐散、水汽充足等典型台风外围龙卷环流形势特征;强的低空0~1 km垂直风切变、大的风暴相对螺旋度和低的抬升凝结高度等环境条件利于龙卷的生成;龙卷影响时,邻近地面自动气象站观测要素表现出明显的信号,瞬时大风和最低气压的极值区呈东南至西北向带状分布,与龙卷路径一致,龙卷过境前后,单站气压“漏斗”明显,5 min降压/升压幅度达-2.5 hPa/+2.1 hPa;广州多普勒天气雷达探测到龙卷母体风暴的低层钩状回波和入流缺口特征,以及低层强中气旋和类TVS特征。预警试验初步表明,对台风龙卷高发区,在环境场有利情况下,若低层出现中等或以上强度中气旋,其底高在1 km以下,可以考虑发布龙卷预警。      

利用风廓线雷达研究郑州机场低空急流特征及其对飞行的影响

利用2016、2017年郑州机场高分辨率边界层风廓线雷达半小时平均观测资料, 对机场上空低空急流时空分布特征进行统计研究, 结果表明:夏末、秋季低空急流出现次数相对较少, 春季、夏初是高发时期, 冬季易出现较强的超低空急流, 只有春季风速从低层到高层呈现先增大后减小、再增大的变化过程, 8月末可能是急流的时空转换期; 夜间和凌晨是高发时段, 白天降低30%~40%, 一般情况下, 00—12时(世界时, 下同)急流较弱, 12时后明显增强向上发展, 19时开始减弱, 持续至21时; 急流中心最大风速一半以上在12~18 m/s, 高度集中在60~180 m和300~900 m, 超低空急流占大部分, 夜间出现最大风速的概率远高于白天; 低空急流发生高度大部分在飞机起飞或着陆的范围内, 使飞机复飞概率增加, 对夜间航班影响更大。      

激光实时干涉计量技术和雷达差分干涉技术测量形变的对比研究及其意义

分别叙述了激光干涉技术和雷达差分干涉技术的原理及应用. 采用激光实时干涉计量技术实验室观测试样在加压过程中的形变,研究不同破裂孕育区所表现的不同应变异常场特征. 采用雷达差分干涉技术可以测量地形及地表形变,并且有西藏玛尼、张北——尚义等地震前后的形变测量结果. 指出激光实时干涉计量技术与雷达差分干涉技术相似,都是以条纹变化图研究形变异常场特征. 因此, 对雷达差分干涉技术测量的孕震过程中的形变场,特别是临近大震发生前的形变场特征进行观测和以激光干涉技术进行实验及对比研究均将很有意义.      

珠江口红树林湿地演变的遥感分析

广东拥有全国面积最大的红树林湿地。但近年来经济的快速发展使得该湿地系统发生了很大的变化。利用多时相的遥感图像和专家系统方法对珠江口红树林湿地的时空变化进行了分析。结合雷达遥感图像,对红树林群落分类及生物量估算进行了研究,改善了单独使用光学遥感的不足。获得了试验区红树林的变化趋势、类型分布及生物量等情况,为红树林湿地的生态保护提供了重要信息和新的监测手段。     

利用反射GPS信号遥感土壤湿度

在水文、气候、农业等问题的研究中,土壤湿度信息十分重要。近年来,利用GPS系统进行遥感的新方法,已经越来越多地引起研究者们的关注。特别是GPS卫星广播的L1（1.57542GHz）频率信号,是土壤湿度遥感的最佳频率。反射GPS信号功率是土壤介电常数的函数,而土壤介电常数又和土壤湿度有关。根据这一原理,美国国家航空与航天局于2002年进行了基于地表面反射GPS信号的遥感土壤湿度实验。结果证明反射GPS信号对土壤湿度特性十分敏感,由于植被的影响对反射率进行了修正,并用此方法模型与其它方法进行了比较。在利用GPS遥感土壤湿度方面,研制高增益天线,更好的修正信号波动的影响,发展更加完善的遥感土壤湿度方法等是今后在此项研究中所要解决的问题。     

岩石显微构造分析现代技术——EBSD技术及应用

EBSD技术的发展,为岩石显微构造分析开辟了一个全新的领域。它与现代扫描电子显微镜和能谱分析等设备配合,可以同时对块状样品进行晶体结构与成分分析,从而使显微构造、微区成分与结晶学数据分析有机结合起来。 EBSD技术可以精确、快速定量标定包括各种晶系晶体颗粒的晶格方位和描述晶体颗粒的边界、形态等特征,对于具有低角度边界的晶体颗粒提供精确数据,为阐述岩石变形机制提供重要约束,并为高级晶族和不透明矿物结晶学组构与变形机制研究提供了有效的手段。EBSD尤其使获取微米级甚至纳米级尺度上颗粒（亚颗粒）或相之间的定向差别（达到20 nm的空间分辨率和0.3度角度分辨率）成为可能。EBSD技术在矿物相鉴定、亚微域内的应变分析、矿物出溶作用等方面的应用,进一步证明了这一新技术在显微构造分析及相关领域的应用前景。其广泛应用必将带来岩石显微构造研究的新突破,也将成为未来岩石变形机制与岩石圈流变学研究取得飞速发展不可或缺的技术手段。     

地震雷达

利用绿色、环保的人工震源,主动向地下发射地震波,构建地震雷达,实现大范围的地下探测,是地球科学的一个前沿课题.最早,探测地球内部利用的是天然地震产生的地震波,这是因为天然地震释放的能量大,一次天然地震释放的能量相当于万吨级炸药.几千公里远处仍可以接收到信噪比大于1的地震波信号,但天然地震发生频度低和震源位置定位精度低限制了利用天然地震进行地下探测的精度;后来,利用人工源的地震勘探得到迅速的发展,探测精度明显提高,但受到人工源能量的限制,探测的空间尺度有限;今天,以小当量激发实现大尺度探测是发展地震雷达的一个关键问题,是将地震波理论和现代信息科学相结合的一个新的领域.发展人工震源的编码和接收信号的解码等理论和技术,可以从电磁波雷达在过去半个世纪所经过的道路得到许多借鉴和启发.可以预期,地震雷达的发展将会对观测地震学带来全面的影响.